阶梯形多元超疏表面的制备及其在油水乳液体系中对气泡行为的影响

Mutiple superamphiphobic surfaces with gradient shape are expected to solve the bubble problems in oil-water emulsion. It is very meaningful to study the effect of the prepared mutiple superamphiphobic surfaces on the bubble behaviors in oil-water emulsion. In previous work, superhydrophobic surfaces achieved the rapid collection and stable storage of the bubble in water, and gradient shape achieved the transport of bubble. In this study, mutiple superamphiphobic surfaces with gradient shape are going to be prepared based on the mature fabrication method, which are expected to effectively collect, storage and transport the bubbles in oil-water emulsion. The effect of the composition, surface morphology and gradient shape, on the bubble behaviors are also studied. The mechanism of the rapid collection, stable storrage and transport achived by the binary cooperation of mutiple superamphiphobic property and gradient shape, are also going to be studied. The prepared functional surfaces with gradient shape can effectively control the behaviors of bubbles.

针对油水乳液体系中普遍存在的有害气泡问题，制备具有阶梯形状的多元超疏功能表面并研究其对气泡行为的影响规律，具有非常重要的工业应用与理论研究价值。前期研究发现超疏水表面在水下对气泡有较好的收集存储性能，而阶梯形状的表面可在水下实现对气泡的定向运输。由此，本申请提出通过超浸润表面制备技术与研究方法，得到同时具有超疏水、超疏油等多种超疏特性的多元超疏表面，并通过物理加工方法引入阶梯形状，研究多元超疏功能表面的微观结构、物质组成及宏观阶梯形状对不同液相（水相、油相、油水乳液）中气泡行为的影响规律，探究多元超疏特性与阶梯形状协同的气泡行为操控机制，实现油水乳液体系中气泡的快速收集、稳定储存与定向运输，为解决各类乳液体系有害气泡问题提供技术支持与理论依据。

基于材料表面的超浸润特性实现对微流体行为的有效控制，是近年来科学家研究的热点。本课题以常见的金属材料为基础，通过化学转化、电化学刻蚀等方法，在不同结构的金属基材表面制备得到具有不同超润湿特性的功能膜层，研究了功能膜层的物理化学性质和润湿现象，初步实现了某些特定条件下流体、微流体、气泡的行为控制，探索了功能膜层的一些可能应用前景，并对相关流体行为控制机理进行了解释。.（1）设计制备了一种以铜网为基底的超亲-超疏复合膜层，实现了对液体的单向透过阻隔功能。对铜网进行了润湿特性、表面微观形貌、表面物质组成等表征测试，研究发现，制备得到的铜网具有对水滴的单向透过与对液体单向阻隔的性能，结合实验与表征结果，对铜网对水流的单向阻隔行为机理进行了解释。.（2）设计制备了一种以铜网为基底的亲油-疏水复合膜层，实现了对油水混合溶液的水油分离功能。对其表面润湿特性、物理化学性质进行了表征测试。基于该制备膜层的特殊润湿性质，使用竖直玻璃管道装置实现了油水分离功能，结合实验与表征结果，对该膜层实现油水分离功能的机理进行了解释。.（3）设计制备了一种氟硅树脂基超疏水膜层。对膜层表面的微观形貌及物质组成进行了表征测试，结合测试结果对膜层的超疏水机理进行了解释。对膜层的成膜性能与稳定性能进行了测试，实验结果说明该膜层兼具良好成膜性、疏水性、机械稳定性及化学稳定性。.（4）设计制备了一种以圆锥形铜针为基底的超疏水膜层，实现了在水下对气泡的收集与定向运输。对圆锥形铜针表面物质组成与微观形貌进行了分析表征，对气泡分别在水下、过饱和CO2溶液下和逆重力条件下的运动行为进行了测试，并进一步研究了圆锥顶角角度对气泡运输距离及气泡贮存体积的影响。.（5）设计制备了一种以为金属锥形板为基材的超疏水-超疏油复合膜层，优化了超双疏复合膜层制备方法。对膜层表面的微观形貌、物质组成和润湿特性进行了表征测试，对膜层在水中和油中对气泡行为的影响进行了初步的探索。